[实用新型]含智能功率模块的开关磁阻电机功率电路装置

说明书

技术领域

本实用新型属于以智能功率模块(Intelligent Power Modules，简称IPM)代替传统的功率器件的功率电路装置，特别涉及一种基于七单元IPM的开关磁阻电机(Switched ReluctanceMotor，简称SRM)功率电路。

背景技术

目前，常用的四相电机功率变换器电路主要是双极性电源型和不对称半桥型。双极性电源型功率变换器的主要优点是每相只使用一只主开关，未能用足开关器件的额定电压和电源的容量。在双相运行时，相电流可能流过dL/dθ＜0的区域，这时电动转矩的有效性将降低，而且，当两相同时通电时，电机磁路饱和加剧，进一步降低了电流产生电动转矩的有效性。不对称半桥型虽然用足了主开关管的额定电压，可避免电机与电源间的无功能量交换，在增加转矩、提高功率变换器容量的利用率、减少斩波次数、抑制电源电压波动、降低转矩脉动方面都是有利的，但是每一相都需要两只主开关，未能充分体现较其他交流调速系统变流器固有的优势。从性能上看，不对称半桥型较之双极性电源型有很大优势，其唯一不足是所用开关器件数量多，明显增加了功率变换器的成本，经济性差。主要应用在高电压大功率而且相数较少的场合。为了保持不对称桥式变换器的优良性能，又尽量减少元件，进而出现了不少拓扑结构，在不对称半桥型的基础上作了部分改进，诸如增加电容的电容式储能变换器。用此方式来将能量从附加电容传到下一个绕组中，可以保证电容不会过放电或者是过充电，关闭电压可以得到精确控制。不足之处在于元件数量增多，控制难度较大，而且器件的设计要求达到高频，但是仅在电机绕组开通或关断时工作，造成一定的浪费。(“(8/6极)开关磁阻电动机功率电路的设计和保护”，2006.3，《微电机》)。对四相(8/6极)开关磁阻电机调速系统而言，采用双相运行时，因为其中两相间的电流一般不会重叠，因此，在传统的不对称半桥型结构中，两相一组分别可共用一只上桥臂主开关(共用一只下臂时相对需多增加两套独立的驱动电路供电电源，增加了成本)，从而减少两个主开关。如果系统采用三相交流电源供电时，由三相整流器和可控功率器件及其他相关器件组成功率开关电路。由于开关磁阻电机定子绕组的电流是单向的，功率开关元件与电机绕组相串联，这使得功率电路设计简单化，并且不会出现类似变频器的上下桥臂由于控制错误而造成直通短路的严重事故，故而开关磁阻电机调速系统的主电路具有很高的工作可靠性。

开关磁阻电机功率变换电路主开关器件的选择与电动机的功率等级、供电电压、峰值电流、成本等有关，还与主开关器件本身的开关速度、触发难易、开关损耗、抗冲击性、耐用性及市场普及性有关系。迄今为止，晶闸管(SCR)是使用时间最长、伏安容量最大的半导体器件，而且价格便宜。但是SCR无自关断能力。可关断晶闸管(GTO)具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大、浪涌能力强和价格低，同时又具有双极型功率晶闸管(GTR)的一些优点，具有自关断能力、工作频率较高，使用方便，由于给GTO提供较大的反向门极电流不是件容易的事，所以选用可关断晶闸管作为功率电路的开关并不广泛。GTR的开关频率高，具有自关断能力，在中、小容量的开关磁阻电机调速系统中得到广泛应用。但GTR输入阻抗小，要求驱动电路的功率很大。功率场效应管(MOSFET)是一种单极型的电压控制器件，驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快、无二次击穿问题、安全工作区宽、热稳定性好。适用于低电压、小功率的开关磁阻电机调速系统中。它的缺点是较GTR的通态压降大。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是80年代出现的新型复合开关元件，是MOSFET和GTR复合而成的，它综合了MOSFET和GTR的优点，具有前者的输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有后者的通态电压低、耐压高和承受大电流的特点，但大功率IGBT需要专门的驱动电路，同时还需要用户设计各种保护电路，给其应用带来诸多不便。(“开关磁阻电机功率变换器主电路拓扑的研究”，2003.6，《电机电器技术》)。

发明内容